中興未來電信IT設(shè)備應(yīng)對5G時(shí)代巨通量計(jì)算

孫志剛 秦振

5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，無疑是當(dāng)下電信領(lǐng)域的熱點(diǎn)，從標(biāo)準(zhǔn)到產(chǎn)品都正在如火如荼地進(jìn)行中，預(yù)計(jì)2019年實(shí)現(xiàn)商用。5G將帶來眾多巨通量計(jì)算業(yè)務(wù)，如人工智能計(jì)算、高通量的大數(shù)據(jù)處理、5G交互式增強(qiáng)AR等。

那么，支撐這些業(yè)務(wù)功能的未來5G時(shí)代電信IT設(shè)備，又會(huì)是什么樣呢？

在2018年世界移動(dòng)通信大會(huì)（Mobile World Congress）上，主流電信設(shè)備制造商展出了其最先進(jìn)的基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)品，未來設(shè)備的技術(shù)發(fā)展方向和特征可窺一二。

此次中興通訊展出的未來電信IT設(shè)備，總體上屬于刀片服務(wù)器類型，但有幾個(gè)顯著的特征區(qū)別于傳統(tǒng)刀片服務(wù)器。

在架構(gòu)上和傳統(tǒng)設(shè)備有很大區(qū)別，是以內(nèi)存為中心的體系構(gòu)建；刀片采用FPGA，可有效分擔(dān)CPU負(fù)荷，可對OVS、加解密等業(yè)務(wù)進(jìn)行加速；采用全光互聯(lián)，光背板通過光纖跳纖或光波導(dǎo)互聯(lián)；采用液冷技術(shù)，直接式液冷結(jié)合間接式液冷及盲插技術(shù)，可靠性設(shè)計(jì)達(dá)到電信級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

以內(nèi)存為中心

新一代內(nèi)存的開放互連原型，以內(nèi)存為中心的運(yùn)算架構(gòu)。

隨著內(nèi)存新材料的出現(xiàn)，Memory Wall（存儲(chǔ)墻）被打破，體系結(jié)構(gòu)從之前的計(jì)算為中心轉(zhuǎn)向了以內(nèi)存為中心，構(gòu)建成更大規(guī)模、更高效率的分布式內(nèi)存計(jì)算體系。CPU連接到一個(gè)共同的內(nèi)存空間，一些非常巨大的應(yīng)用，比如AI、電商系統(tǒng)、SDN網(wǎng)絡(luò)路由表等，承載在存儲(chǔ)空間，計(jì)算單元根據(jù)規(guī)則取出、運(yùn)算、輸出，特別適合5G帶來的未來工作負(fù)載較大的應(yīng)用。

采用FPGA異構(gòu)加速

在FPGA上做硬件加速，可以對一些固化處理、協(xié)議轉(zhuǎn)換（如OVS加載、卸載）進(jìn)行加速，目前可承載50G的流量。相對于采用普通處理器，吞吐率可達(dá)到線速（超過純軟件優(yōu)化方案一倍以上），并提供超低延遲轉(zhuǎn)發(fā)能力（軟件OVS數(shù)十微秒至百微秒，iNIC僅數(shù)微秒）。

全光互聯(lián)

隨著信號(hào)速率越來越高，傳統(tǒng)電傳輸傳輸器的難度、成本都大幅度上升。而光傳輸具有大帶寬、低時(shí)延、低功率、抗干擾、不受EMC影響等優(yōu)勢；隨著硅光技術(shù)的發(fā)展，未來IT設(shè)備內(nèi)光連接的費(fèi)用將大幅度降低。光背板與刀片單板正交連接，相互獨(dú)立，和普通電背板（基礎(chǔ)信號(hào)、25G以下高速信號(hào)）不耦合，可以選用光跳纖或光波導(dǎo)板。目前產(chǎn)業(yè)鏈相對成熟的是光跳纖。同時(shí)應(yīng)用硅光技術(shù)，計(jì)算節(jié)點(diǎn)通過光纖或光波導(dǎo)連接到交換板，傳輸速率可以達(dá)到200G+。

液冷技術(shù)

液冷（液體冷卻技術(shù)），是指采用液體作為冷卻介質(zhì)將熱量從發(fā)熱端轉(zhuǎn)移到散熱端的一種高效散熱方式。液冷散熱熱容量更多，液體（同體積）比熱容為空氣的3000倍。同時(shí)熱傳導(dǎo)更快，液體導(dǎo)熱性能是空氣的15-25倍。

1.芯片熱耗增加的挑戰(zhàn)8CoreCPU熱耗從第1代的70W提高到第4代的150W

熱耗從第1代的70W提高到第4代的150W，平均每代復(fù)合增長率28.9%；芯片熱封裝殼溫由第1代的64℃提高到第4代的67℃，平均每代復(fù)合增長率5.0%

2.設(shè)備功耗密度增加，強(qiáng)迫風(fēng)冷產(chǎn)品散熱能力、噪聲遭遇瓶頸

噪聲指標(biāo)是根據(jù)人的因素制定的，相對穩(wěn)定。但在應(yīng)用場景下移（如企業(yè)級(jí)應(yīng)用），反而有加嚴(yán)趨勢，整機(jī)功率密度已逼近40W/L （高溫差），對應(yīng)的單機(jī)柜最大噪聲已達(dá)到112.4dBA，常溫噪聲也已達(dá)到了78dBA。

浸沒式液冷技術(shù)，應(yīng)對更高功率密度的應(yīng)用環(huán)境。液冷服務(wù)器整機(jī)沉浸在絕緣、無腐蝕性、無色無味的冷卻液中。浸沒設(shè)備的液體存在液體、氣態(tài)兩種形態(tài)變化，液體吸收熱量后，氣化，冷凝器提供冷水，將熱量帶出系統(tǒng)，帶到冷卻源或冷卻塔換熱，被冷凝器冷卻后再變?yōu)橐后w滴落，如此循環(huán)。熱源和冷媒直接進(jìn)行熱交換，效率更高、散熱能力更強(qiáng)。

中興通訊引入先進(jìn)的航天科技，具備溫度、氣壓檢測和自動(dòng)控制。冷凝器位置于上方蓋板，易于單獨(dú)維護(hù)，換熱效率高。根據(jù)測算，采用此系統(tǒng)，數(shù)據(jù)中心PUE接近1.0，節(jié)省風(fēng)扇、電氣等設(shè)備熱耗，總體能耗降低82%。10萬臺(tái)服務(wù)器運(yùn)行一年，每年可節(jié)約4億度電。

液冷服務(wù)器內(nèi)部不再使用風(fēng)扇，沒有噪音和震動(dòng)。風(fēng)機(jī)是高速運(yùn)行機(jī)械部件，是失效率最高的環(huán)節(jié)，去掉風(fēng)機(jī)后可靠性提高。電氣設(shè)備隔絕空氣、灰塵，避免氧化、硫化等，可靠性提高。

散熱能力增強(qiáng)，則可支持更大的功率密度，同時(shí)對服務(wù)器進(jìn)行重構(gòu)設(shè)計(jì)，極大提升單位體積內(nèi)的計(jì)算單元部署密度；也可部署更大功耗的處理器，單位體積計(jì)算能力提升10倍以上。這意味著，滿足同等需求，則可極大減少設(shè)備占地空間，在用地緊張、地價(jià)高昂的大城市更為顯著，綜合運(yùn)維費(fèi)用降低20%以上。

盲插技術(shù)

中興通訊的未來先進(jìn)計(jì)算平臺(tái)采用冷板式液冷背板盲插方式，不僅維護(hù)方便、不占用面板空間，同時(shí)也不影響系統(tǒng)面板接口能力。水電隔離，液體快接頭在電氣連接的后面，不在一個(gè)深度平面空間，可以漏液導(dǎo)流和檢測，在發(fā)現(xiàn)漏液的時(shí)候，告警并分級(jí)關(guān)閉液體，分區(qū)關(guān)閉電源，從而達(dá)到電信級(jí)應(yīng)用安全的要求。

先進(jìn)計(jì)算存儲(chǔ)平臺(tái)產(chǎn)品，采用全新的架構(gòu)，針對電信應(yīng)用進(jìn)行硬件加速，并使用了光互聯(lián)、液冷技術(shù)，通過巧妙的設(shè)計(jì)解決漏液的風(fēng)險(xiǎn)，達(dá)到電信級(jí)設(shè)備可靠性要求。在網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)、數(shù)據(jù)處理、散熱能力等各方面展現(xiàn)出極高的性能。作為全球領(lǐng)先的綜合通信解決方案供應(yīng)商，中興通訊繼續(xù)走在IT設(shè)備研發(fā)的前列。

中興通訊Pre5G引領(lǐng)技術(shù)創(chuàng)新，未來電信IT設(shè)備支撐技術(shù)從風(fēng)冷到液冷，從電到光，從傳統(tǒng)X86計(jì)算體系到異構(gòu)計(jì)算、以內(nèi)存為中心計(jì)算。5G時(shí)代即將到來，站在歷史的關(guān)口，新與舊技術(shù)交替，未來電信IT設(shè)備長什么樣，或許能從中興通訊最新的電信IT設(shè)備中找到線索。